De effectiviteit van gewasbeschermingsmiddelen en meststoffen kan met behulp van nanotechnologie worden verhoogd. Dat blijkt uit recent literatuuronderzoek. Hoewel er zorgen zijn over mogelijke risico’s, zou nanotechnologie de wereldwijde voedselproductie op een duurzame wijze kunnen ondersteunen. Door sociaaleconomische factoren lijkt de toepassing echter nog beperkt. Daarnaast zijn de milieueffecten nog onvoldoende duidelijk. Het ontbreken van specifieke regulering voor nanoformuleringen in de landbouw bemoeilijkt het zicht op de mogelijke toepassing.

Nanotechnologie kan ook bij gewasbeschermingsmiddelen en meststoffen in de landbouw worden toegepast. Het betreft dan vaak formuleringen met nano-emulsies waarmee actieve stoffen worden ‘verpakt’. Dit kan bijvoorbeeld zorgen voor een gecontroleerde afgifte aan gewassen of aan de bodem door de actieve stoffen langzaam vrij te laten komen. In een meta-analyse op basis van de beperkte beschikbare wetenschappelijke literatuur op dit gebied, is de effectiviteit en de milieu-impact van dergelijke producten onderzocht.

De resultaten laten zien dat de effectiviteit van nanoformuleringen van gewasbeschermingsmiddelen 20% hoger ligt dan van conventionele formuleringen. Ook gedragen nanoformuleringen zich in het milieu anders, voornamelijk door de langdurigere afgifte en langzamere afbraak. Wat nano-meststoffen betreft, zou de beter gecontroleerde afgifte van mest- en voedingsstoffen volgens de onderzoekers leiden tot minder uitspoeling en tot 20-30% meer opbrengst vergeleken met conventionele kunstmeststoffen. Er zijn ter onderbouwing echter alleen laboratoriumproeven gedaan en geen veldstudies.

Ondanks de verwachte hogere effectiviteit van nanoformuleringen ten opzichte van conventionele formuleringen blijft de toepassing van nanotechnologie in de landbouw achter. De auteurs van de meta-analyse wijzen hiervoor op twee oorzaken: sociaaleconomische factoren zoals de kleine winstmarges in de landbouw, en de lagere algemene acceptatie van nieuwe technieken in de landbouw ten opzichte van andere sectoren door zowel gebruikers als consumenten.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie -overweging: Er is weinig wetenschappelijke literatuur over nano-gewasbeschermingsmiddelen. Dat hoeft uiteraard niet te betekenen dat er geen onderzoek wordt verricht. Dergelijk onderzoek wordt vaak gedaan door fabrikanten die hun resultaten niet publiceren.

De toepassing van nanotechnologie in de landbouw betreft vooralsnog vaak nieuwe nanoformuleringen van bestaande actieve stoffen. De actieve stoffen in gewasbeschermingsmiddelen worden op veiligheid beoordeeld door de European Food Safety Authority (EFSA Europese Voedselveiligheidsautoriteit (Europese Voedselveiligheidsautoriteit) Europese Voedselveiligheidsautoriteit ). In de Europese Verordening Gewasbeschermingsmiddelen (EG/1107/2009) staan echter geen vereisten om nanomaterialen te identificeren. De beoordeling van de veiligheid van de formulering van actieve stoffen en de toepassing van gewasbeschermingsmiddelen ligt bij de lidstaten. Maar ook daarbij wordt er niet specifiek op nano-eigenschappen gescreend. Het is daarom niet goed bekend hoeveel nanoformuleringen er eigenlijk al op de markt zijn.

Naast de in het onderzoek genoemde effecten, namelijk de verhoogde effectiviteit en de verminderde milieu-impact, kunnen ook andere eigenschappen positief beïnvloed worden, zoals de houdbaarheid of de oplosbaarheid in de spuittank. Anderzijds zouden de geschatte voordelen van 20-30% uit de wetenschappelijke publicaties in werkelijkheid lager kunnen liggen. Positieve effecten worden juist gerapporteerd en negatieve effecten niet, waardoor er een scheef beeld kan ontstaan van de mogelijkheden op dit gebied. Omdat er geen veldstudies beschreven zijn, is niet bekend hoe het voordeel op grotere schaal uit zou pakken. Bovendien zou de langdurigere afgifte en langzamere afbraak juist ook negatieve effecten kunnen hebben op het milieu (bv. op andere organismen).

Indien er daadwerkelijk voldoende positieve effecten zijn voor nanotechnologie in de landbouw, maar er voor fabrikanten onvoldoende commercieel voordeel is vanwege sociaaleconomische factoren, zouden er mogelijkheden onbenut kunnen blijven, zoals het op een duurzame wijze ondersteunen van de wereldwijde voedselproductie. Betere informatie over de mogelijke toepassing van nanoformuleringen voor gewasbescherming en meststoffen en de daadwerkelijke effectiviteit van nanotechnologie in de landbouw kan daar meer inzicht over geven.

De nieuwe EFSA Europese Voedselveiligheidsautoriteit (Europese Voedselveiligheidsautoriteit) Europese Voedselveiligheidsautoriteit -leidraad geeft meer duidelijkheid welke informatie nodig is om de risico’s van nanomaterialen te beoordelen, maar is door gebrek aan standaardisatie afhankelijk van de verantwoordelijkheid van de fabrikant om goede methodes te gebruiken.

In juli heeft de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA Europese Voedselveiligheidsautoriteit ) een vernieuwde leidraad voor de risicobeoordeling van nanomaterialen uitgebracht. Deze biedt praktische aanwijzingen over de wijze waarop en de methoden waarmee de veiligheid van nanomaterialen kan worden onderzocht. De leidraad heeft betrekking op voedsel, voedselcontactmaterialen, ‘nieuwe voedingsmiddelen’, diervoeder en gewasbeschermingsmiddelen, en is gericht op de gezondheidseffecten bij de mens. In 2019 zal worden gewerkt aan een leidraad gericht op de milieurisico’s. In de nieuwe leidraad zijn wetenschappelijke ontwikkelingen sinds de vorige leidraad uit 2011 verwerkt. Deze betreffen vooral nieuwe inzichten op het gebied van deeltjeseigenschappen (welke eigenschappen moet je meten?), blootstellingschatting, en het karakteriseren van de schadelijke eigenschappen. Daarnaast is een afkappunt voorgesteld wanneer een nanomateriaal snel oplost in een vloeistof die lijkt op de condities in het maag-darmkanaal, in welk geval de leidraad niet meer van toepassing is. Als nanospecifieke aspecten wel gelden, moet de manier waarop het materiaal zich door het lichaam verspreidt worden bekeken. Hiermee wordt informatie verkregen over de mate van opname en ophoping in organen. De vernieuwde leidraad wordt nu in de praktijk getest. Er wordt daartoe bij EFSA een cross-cutting werkgroep opgericht die EFSA-eenheden op verzoek kan helpen bij de beoordeling van producten met nanomaterialen. Aan de hand van de praktijkervaring kan de leidraad worden aangepast en definitief worden afgerond (naar verwachting eind 2019). EFSA heeft samen met de nieuwe leidraad een filmpje uitgebracht over “wat nanotechnologie is”.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu   /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie  -overweging: De aangepaste EFSA-leidraad is bedoeld als richtsnoer voor de risicobeoordeling van nanomaterialen zoals gedefinieerd in de Verordening betreffende nieuwe voedingsmiddelen (Verordening (EU) 2015/2283) en de EC European Commission (European Commission) European Commission    aanbeveling voor een definitie uit 2011. EFSA heeft echter aangegeven dat de leidraad ook van toepassing kan zijn op materialen die voor een fractie uit nanodeeltjes bestaan. Dat is wetenschappelijk gezien correct, maar kan onduidelijkheid met zich meebrengen voor fabrikanten. Er kan ook onduidelijkheid zijn bij de keuze van de juiste testen bij het volgen van de leidraad. Dat is een verantwoordelijkheid van de fabrikant. Nog maar weinig testen zijn door de OESO Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling) Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling   gestandaardiseerd.

De leidraad geeft duidelijk aan dat voor nanomaterialen met verschillende eigenschappen (vorm, grootte, kristalstructuur, oppervlakte-eigenschappen) aparte risicobeoordelingen moeten worden gedaan. Wel geeft EFSA aan dat het ontwikkelen van een zgn zogenaamde (zogenaamde) zogenaamde . read-across^[1]-argumentatie mogelijk is, in lijn met de ‘grouping en read-across’-leidraad van ECHA European Chemicals Agency (European Chemicals Agency) European Chemicals Agency  European Chemicals Agency . Dit biedt voorzichtig de mogelijkheid om ten behoeve van de risicobeoordeling, mits goed onderbouwd, gebruik te maken van bestaande data van een vergelijkbaar materiaal. Ook wordt duidelijkheid gegeven onder welke voorwaarden de ‘normale’, niet-nanospecifieke richtlijnen gehanteerd kunnen worden voor nanomaterialen die snel oplosbaar zijn. Het is voor het eerst dat in een regelgevend kader een afkappunt wordt voorgesteld voor ‘snel oplosbaar’.

De nieuwe EFSA-leidraad geeft zo meer duidelijkheid welke informatie nodig is om de risico’s van nanomaterialen te beoordelen, maar is door gebrek aan standaardisatie afhankelijk van de verantwoordelijkheid van de fabrikant om goede methodes te gebruiken. Dit probleem kan de komende jaren deels worden opgelost door het initiatief om door OESO gestandaardiseerde testmethodes voor nanomaterialen te ontwikkelen (zie Signaleringsbrief 2, 2018).

[1]   Read-across is het gebruik van beschikbare informatie over een ‘bronmateriaal’ voor het vullen van een hiaat in de informatie voor een ‘doelmateriaal’. Hierbij dienen ‘bronmateriaal’ en ‘doelmateriaal’ voldoende op elkaar te lijken, niet alleen in uiterlijk, maar ook in gedrag.

Uit nieuwe studies met radioactief gelabelde TiO₂-nanodeeltjes blijkt dat de blootstellingsroute van invloed is op de verspreiding in het lichaam en dat stapeling kan plaatsvinden in meer organen dan werd verondersteld. Ook laten de studies zien dat de orale opname van TiO₂-nanodeeltjes hoger kan zijn dan eerder is aangenomen. Dit voedt de twijfel over de veiligheid van TiO₂ in voeding en consumentenproducten.

Vorig jaar verschenen drie nieuwe kinetiekstudies waarin ratten afzonderlijk via het bloed, de mond, en luchtwegen eenmalig aan nanodeeltjes van titaniumdioxide (TiO₂) zijn blootgesteld. Daarbij is de verdeling van titanium over de organen gemeten. Hiervoor is gebruik gemaakt van radioactief gelabelde TiO₂-nanodeeltjes, waardoor tot zeer lage concentraties in verschillende organen en weefsels kan worden gemeten^[1]. Deze lage detectiegrenzen maken het mogelijk om onderzoek te doen bij realistische doseringen die vergelijkbaar zijn met de geschatte hoeveelheid die de mens dagelijks binnenkrijgt via bijvoorbeeld het voedingsadditief E171 of, in het geval van jonge kinderen, via tandpasta (CI Canadian Intense (Canadian Intense) Canadian Intense  Canadian Intense  77891).

De opname en weefselverdeling bleken te verschillen tussen de verschillende blootstellingsroutes. Na toediening via de luchtwegen bleek na 1 uur 4% van de dosis opgenomen, en voornamelijk meetbaar in de zachte weefsels van het karkas. Na 28 dagen bleek nog 0,3% van de dosis in het karkas meetbaar. In de kinetiekstudie met toediening via de mond werd een opname van 0,2-0,6% in het lichaam vastgesteld. Na een week tijd was nog 0,05% van de dosis in het lichaam aanwezig en werden de hoogste concentraties gemeten in het skelet en de zachte weefsels van het karkas: ongeveer een ordegrootte meer dan in de organen. Van de organen zaten de hoogste concentraties in de baarmoeder, nieren en lever. Na blootstelling via het bloed, wat leidt tot een veel hogere interne concentratie, bleek 95% van de dosis zich in de lever op te houden, 2,5% in de milt en de rest verspreid over andere weefsels en organen en het bloed. Na vier weken bevatte de lever nog 88,9% van de oorspronkelijke dosis.

De auteurs concluderen dat de blootstellingsroute bepalend is voor de verspreiding van TiO₂-nanodeeltjes door het lichaam. Studies met toediening via het bloed hebben daarom geen voorspellende waarde voor blootstelling via de mond of luchtwegen.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu  /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie -overweging: De conclusie dat vertaling van de verdeling van een stof in het lichaam van de ene blootstellingsroute naar de andere niet eenduidig is, wordt door het RIVM onderschreven. Daarbij kunnen de verschillen in verdeling over de verschillende organen en weefsels ook deels verklaard worden door de totale hoeveelheid die toegediend wordt en hoeveel daarvan in het lichaam terecht komt.

Het RIVM heeft eerder een inschatting gemaakt van het gezondheidsrisico na orale blootstelling aan TiO₂. Toen is uitgegaan van een orale absorptie van 0,02%. Hierbij is de beste destijds beschikbare kinetiekstudie gebruikt. De waarde uit de nieuwe kinetiekstudie (0,2-0,6%) is waarschijnlijk betrouwbaarder vanwege de gevoeligere detectiemethode, maar zou ook kunnen worden verklaard door het gebruik van TiO₂-deeltjes met net andere fysisch-chemische eigenschappen. Het zou kunnen betekenen dat de orale opname van TiO₂-nanodeeltjes een ordegrootte hoger is dan eerder is aangenomen. Dit komt overeen met metingen in de lever van overleden mensen, die hoger bleken dan oorspronkelijk geschat.

Uit deze nieuwe kinetiekstudies blijkt ook dat TiO₂-nanodeeltjes kunnen stapelen in andere organen en weefsels dan de voorheen bekende lever, milt en geslachtsorganen. Deze bevindingen werden o.a. mogelijk gemaakt door de lage detectiegrenzen. Het is mogelijk dat de relatief hoge concentraties gemeten in de zachte weefsels van het karkas deels worden veroorzaakt door materiaal dat zich ophoopt in de lymfeknopen die zich verspreid over het lichaam in het lymfestelsel bevinden.

Stapeling van TiO₂-nanodeeltjes in het lichaam kan optreden indien er vaker blootstelling plaatsvindt. De nieuwe kinetiekstudies bevestigen dat de mate van absorptie en stapeling kernpunten zijn in de beoordeling van de veiligheid van TiO₂ in onder andere voeding.

Er zijn diverse ontwikkelingen met betrekking tot de mogelijke risico’s van TiO₂ in voeding. In navolging van de herevaluatie van titaniumdioxide (E171) als voedingsadditief (dat een fractie nanodeeltjes bevat) uit 2016, heeft het verantwoordelijke ANS-panel van EFSA Europese Voedselveiligheidsautoriteit (Europese Voedselveiligheidsautoriteit) Europese Voedselveiligheidsautoriteit  Europese Voedselveiligheidsautoriteit  op verzoek van de EC European Commission (European Commission) European Commission  European Commission  een viertal later verschenen wetenschappelijke publicaties beoordeeld die de veiligheid van E171 in twijfel trekken. Hier valt ook de risicobeoordeling door het RIVM onder. Deze bevat, aldus het ANS-panel, te veel aannames (zoals ook is benoemd in het RIVM-artikel zelf), waardoor er te veel onzekerheid zit in de conclusie. De resultaten uit deze en de andere studies zijn voor het panel geen aanleiding om de evaluatie van E171 te heropenen. Wel heeft EFSA de industrie gevraagd om een voortplantings- en ontwikkelingstoxiciteitsstudie op te leveren, met een deadline van augustus 2019, vanwege de onduidelijkheid van de effecten op dit vlak. Het RIVM hoopt dat deze studie, waarin ook gekeken zal worden naar orgaanconcentraties en eventuele weefselbeschadigingen in de darm, meer duidelijk over eventuele gezondheidsrisico’s zal geven.

[1]    Bij de interpretatie moet men bedenken dat het de radioactieve isotoop is die men meet. Het deeltje met isotoop kan zich in principe anders gedragen in het lichaam, de radioactiviteit vervalt, en het isotoop kan losraken uit het deeltje. Voor dat laatste is een correctie uitgevoerd in de studie.

Ondanks de verwachte classificering van TiO₂ als ‘verdacht kankerverwekkend bij inademing voor de mens’ is er nog onduidelijkheid of TiO₂ kankerverwekkend is en via welk mechanisme dat zou worden veroorzaakt. Om meer duidelijkheid over de genotoxiciteit te krijgen hebben Franse onderzoekers na strenge selectie 36 in-vitrostudies geëvalueerd. Deze evaluatie geeft geen eenduidig beeld, maar helpt wel om meer lijn te krijgen in de harmonisatie van de testprotocollen. Het RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu  onderschrijft de aanbevelingen van de auteurs om verschillende vormen van nanodeeltjes op dezelfde manier te testen.

In juni 2017 heeft de 'Risk Assessment Committee' (RAC Regionale Arts Consulenten (Regionale Arts Consulenten) Risk Assessment Committee ) van het Europees Agentschap voor Chemische Stoffen (ECHA European Chemicals Agency (European Chemicals Agency) European Chemicals Agency  ) geadviseerd om alle vormen van titaniumdioxide (TiO₂) te classificeren als ‘ verdacht kankerverwekkend bij inademing voor de mens’ (categorie 2) (zie Signaleringsbrief 3, 2017). Dit is gebaseerd op data vanuit enkele dierstudies. Epidemiologisch onderzoek heeft geen verband aangetoond tussen TiO₂-blootstelling en longkanker bij de mens. Ook het biologische mechanisme waardoor TiO₂-nanodeeltjes tumoren veroorzaken in proefdieren is niet duidelijk.

Er zijn twee mogelijke mechanismen voor genotoxiciteit van TiO₂-nanodeeltjes, namelijk door direct op het DNA deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid) deoxyribonucleic acid   aan te grijpen (een direct genotoxisch mechanisme) of door indirecte effecten te veroorzaken, zoals bijvoorbeeld het vrijmaken van reactieve zuurstofradicalen. Deze radicalen beschadigen vervolgens het DNA (indirect genotoxisch mechanisme). Deze mechanismen kunnen over het algemeen makkelijker in celsystemen (in vitro) uitgezocht worden.

Franse onderzoekers van ANSES French agency for Food, Environmental and Occupational Health Safety (French agency for Food, Environmental and Occupational Health Safety) hebben in-vitrostudies volgens strenge kwaliteitscriteria geselecteerd en beoordeeld. Zo moest voldoende beschrijving gegeven zijn van de fysisch-chemische eigenschappen (op zijn minst de vorm, afmeting en coating van de TiO₂-nanodeeltjes). Ook moest het onderzoek uitgevoerd zijn volgens OESO Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling) Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling   ^[2]-richtlijnen of (voor de comet^[3]) middels een veelgebruikt internationaal protocol. Verder moest er gekeken zijn naar opname van nanodeeltjes in de cel, effecten van positieve en negatieve controles en moesten meerdere metingen een uitkomst onderbouwen.

Van de meer dan 100 in-vitrostudies naar genotoxiciteit van TiO₂, bleven er 36 over. In deze 36 studies zijn 88 verschillende testen uitgevoerd, waaronder de micronucleustest^[4], de chromosomale afwijkingentest^[5], en de comet Complex Exposure Tool -test. De uitkomsten gaven geen eenduidig beeld over de mogelijke genotoxiciteit van TiO₂-nanodeeltjes: 60% gaf een positief resultaat, de rest was negatief. De inconsistentie werd verklaard uit de variatie in zowel de intrinsieke fysisch-chemische eigenschappen van de geteste nanodeeltjes (bijvoorbeeld kristalvorm en grootte) als de manier van testen. Ook bij het volgen van een internationaal protocol, bleven er variaties in bv. het gebruikte kweekmedium en de aanwezigheid van licht, welke de chemische reactiviteit van de TiO₂-nanodeeltjes kunnen beïnvloeden. De invloed van de fysisch-chemische parameters (zoals afmeting, kristalvorm en coating) op de testen kon niet worden vastgesteld, doordat dit niet systematisch is onderzocht en de testcondities verschilden. Als aanbeveling om dit in de toekomst te verbeteren geven de auteurs aan dat het essentieel is om verschillende vormen van TiO₂ op dezelfde manier te testen.

De meeste in-vitrostudies lijken erop te wijzen dat DNA- Desoxy nucleinezuur (Desoxy nucleinezuur)schade ontstaat door een indirect mechanisme via reactieve zuurstofradicalen. Enkele studies waarbij TiO₂ in de celkern werd vastgesteld suggereren juist een direct effect van TiO₂-nanodeeltjes op het DNA. De auteurs geven aan dat, gedreven vanuit het publiek belang, er nog meer studies naar de genotoxiciteit van TiO₂-nanodeeltjes zullen worden gedaan. Ze hopen dat op basis van hun aanbevelingen kwaliteit boven kwantiteit zal gaan.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie  -overweging: Er kan geen harde uitspraak over de genotoxiciteit van TiO₂ gedaan worden. Toch is het onderzoek van ANSES French agency for Food, Environmental and Occupational Health Safety  een degelijke en belangrijke poging om hierover duidelijkheid te scheppen. Een stof die genotoxisch is, is in principe ook kankerverwekkend. Of het ook tot kanker leidt is een kans die afhangt van de blootstelling en het kankerverwekkende vermogen van een stof.

Heel waardevol is dat de auteurs een lijst testcondities bespreken, die de uitkomsten kunnen beïnvloeden en waar dus in het vervolg goed op gelet dient te worden. Het RIVM onderschrijft de aanbevelingen van de auteurs om verschillende vormen van nanodeeltjes op dezelfde manier te testen.

Daarvoor is het belangrijk om testprotocollen en richtlijnen met name te harmoniseren op de condities die specifiek van belang zijn voor nanodeeltjes, zoals het kweekmedium, aanwezigheid van eiwitten (vanwege de eiwitcorona die gevormd wordt rondom het deeltje) en het uitvoeren van de test in het donker. Met name anatase TiO₂-nanodeeltjes kunnen activeren door uv ultraviolet (ultraviolet ) ultraviolet  ultraviolet -A-licht wat leidt tot fotokatalytische reacties waarbij reactieve zuurstofradicalen ontstaan.

Het RIVM organiseerde in juni 2018 een workshop met internationale experts om meer consensus te krijgen over uitvoering van de verschillende toxiciteitstesten waaronder die voor genotoxiciteit. Dit was een gezamenlijk initiatief vanuit de EU Europese Unie (Europese Unie) European Union    projecten PATROLS Physiologically Anchored Tools for Realistic Nanomaterial Hazard Assessment (Physiologically Anchored Tools for Realistic Nanomaterial Hazard Assessment) Physiologically Anchored Tools for Realistic Nanomaterial Hazard Assessment   en GRACIOUS in samenwerking met het Nanosafety Cluster. Tijdens de workshop werd onder andere het resultaat gepresenteerd van een ILSI-HESI werkgroep, die gekeken heeft welke genotoxiciteitstesten überhaupt geschikt zijn om nanodeeltjes mee te testen, en of daar nog aanvullende vereisten bij van toepassing zijn. De aanbevolen set van testen voor nanodeeltjes is een in-vitro-HPRT– of TK-genmutatietest in zoogdiercellen en daarbij ofwel een in-vitro-micronucleustest, ofwel een in-vitro-chromosomale afwijkingentest. Optioneel zijn de in-vitro-comet-test en enkele in-vivotesten. De drie testen in de studie van ANSES vallen dus in deze aanbevolen set. Dat maakt duidelijk dat zelfs met de aanbevolen set nog inconsistente uitkomsten verkregen kunnen worden. Genmutatietesten zijn sowieso nog nodig, omdat deze ontbreken in de ANSES-analyse.

In de workshop werd ook aangegeven dat de huidige genotoxiciteitstesten wellicht nog niet geschikt zijn om een indirect genotoxisch mechanisme van TiO₂-nanodeeltjes op te pikken. Het is daarom verstandig om – voordat er nieuwe genotoxiciteitstesten uitgevoerd worden – eerst hierover meer duidelijkheid te krijgen en er mogelijk een aangepaste test voor te vormen. Op basis van de huidige in-vivo– en in-vitrodata lijkt het daarom vooralsnog niet mogelijk een harde uitspraak te doen over de genotoxiciteit van (nanodeeltjes van) TiO₂. Dit is een ongewenste situatie gezien de veelvuldige toepassing van het nanomateriaal in verven, huishoudelijke producten, cosmetica en als voedingsadditief (E171). Er is verbetering van de testmethoden en protocollen nodig, waarna nieuwe testen beter uitsluitsel zouden kunnen geven.

[1]   ANSES is het Franse Agentschap voor Veiligheid en Gezondheid van Voedsel, Milieu en Arbeidsomstandigheden (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail).

[2]   OESO is de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling.

[3]   De comet-test is een eenvoudige en gevoelige techniek om breuken in DNA-strengen op te sporen in individuele eukaryotische cellen. Het patroon wat tijdens de test ontstaat onder de microscoop lijkt op een komeet (in het Engels ‘comet’).

[4]   Een micronucleus is een kleine kern die ontstaat als (een deel van) een chromosoom niet goed in een cel terecht komt tijdens celdeling. Met deze test kan chromosomale schade aangetoond worden. Deze test is makkelijker uit te voeren dan de chromosomale afwijkingentest.

[5]   Met de chromosomale afwijkingentest kunnen structurele afwijkingen in het chromosoom worden opgespoord. Een chromosoom bestaat uit strak opgerold DNA.

Een crème met ‘ NanoFlares’ kan helpen bij het vaststellen van groei van littekenweefsel. De crème bestaat uit nanogouddeeltjes met een lichtgevende stof. Deze stof gaat werken op het moment dat er een bepaald molecuul vrijkomt bij littekenvorming. Op die manier kan littekenvorming eenvoudiger en zonder huidmonster worden vastgesteld. Dit lijkt in alle opzichten veelbelovend, en toepasbaar op andere aandoeningen. Een veilige toepassing van deze NanoFlares in mensen is echter nog onvoldoende vastgesteld.

Als gevolg van een operatie of na het oplopen van brandwonden kan er in de huid littekenweefsel ontstaan. Voor artsen is het van belang dit proces te volgen, om op tijd te kunnen behandelen als er overmatige littekenvorming plaatsvindt. Dit kan tot nu toe alleen gedaan worden door het bekijken van huidmonsters met de microscoop. Het nemen van huidmonsters is echter pijnlijk en er is kans op infectie. Een onlangs verschenen studie door onderzoekers uit Singapore en de Verenigde Staten laat zien dat het proces van littekenvorming kan worden gevolgd door het op de huid smeren van een crème met daarin zogenaamde “NanoFlares”. Een dag later wordt er fluorescentie (licht) gemeten op dat deel van de huid waar de crème is gesmeerd. De “NanoFlare” bestaat uit een gouddeeltje met een doorsnede van 30 nanometer, waaraan DNA deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid) deoxyribonucleic acid   deoxyribonucleic acid  -strengen vastzitten met een fluorescente (lichtgevende) stof. Deze DNA- Desoxy nucleinezuur (Desoxy nucleinezuur)strengen kunnen zich binden aan een bepaald mRNA (het "connective tissue growth factor" of CTGF-boodschappermolecuul) in de cel, dat vrijkomt bij littekenweefselvorming. Het DNA komt bij binding aan dit mRNA los van het nanodeeltje. Hierdoor wordt het fluorescente (licht) signaal zichtbaar. Het fluorescente (licht) signaal kan met een draagbaar apparaat (fluorescentiedetector) op de huid worden gemeten. De hoeveelheid licht is een maat voor de hoeveelheid CTGF-mRNA (boodschappermoleculen) en dus voor de vorming van littekenweefsel. Voor de meting is maar een hele kleine fractie van het mRNA nodig en zal geen gevolgen hebben voor het biologische proces.
In een commentaar op de studie geven de auteurs aan dat deze methode ook kan worden gebruikt om andere huidaandoeningen te volgen, zoals huidkanker. Dit gebeurt dan op basis van een (ander) boodschappermolecuul (mRNA) specifiek voor die aandoening. Dit wordt verder onderzocht. Een voordeel van deze methode is dat het verloop van de aandoening in de tijd vrij gemakkelijk is vast te stellen. Daarnaast is diagnose bij de huisarts mogelijk, of in de toekomst misschien zelfs thuis zonder dat er huidmonsters afgenomen hoeven te worden.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu   Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu  /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie   kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie  -overweging: Het gebruik van NanoFlares voor het vaststellen van huidaandoeningen lijkt een veelbelovende toepassing van nanotechnologie. Het is niet afhankelijk van het nemen van huidmonsters en het is in principe toepasbaar bij verschillende aandoeningen. De aandoening kan door de tijd heen gevolgd worden. Het gebruik bij de huisarts of mogelijk zelfs thuis zijn grote voordelen voor de patiënt. Ook de kosten voor littekenevaluatie gaan omlaag omdat er geen huidmonsters meer hoeven te worden beoordeeld. Bovenstaand onderzoek verdient echter een kritische kanttekening: het is nog niet voldoende aangetoond dat de NanoFlares inderdaad de beloofde werking hebben. Hiervoor moeten de DNA-strengen namelijk kunnen binden aan het mRNA-boodschappermolecuul dat in de celvloeistof voorkomt, terwijl nanogouddeeltjes door de cel opgenomen worden in blaasjes met een membraan eromheen. Het zou kunnen dat fluorescentie wordt gemeten doordat de DNA-strengen als gevolg van een lage zuurgraad het nanogouddeeltje loslaten, en niet doordat het DNA zich bindt aan het mRNA. Een tweede kanttekening is het bereiken van de cellaag onder de huid door de NanoFlares. Algemeen wordt aangenomen dat nanodeeltjes in slechts zeer geringe mate penetreren door de huid. Een gedeelte zal in de huid achterblijven om uiteindelijke via de lymfevaten te worden afgevoerd. De aanname is dat dit geen kwaad kan, maar voordat het product geregistreerd wordt zal dit moeten worden nagegaan. De rest van de crème met de gouddeeltjes zal wegspoelen van de huid. De regelgeving voor medische hulpmiddelen vraagt om nog meer duidelijkheid over de daadwerkelijke werking en toepassing.

De werking van grafeen quantum dots (GQDs) is in verschillende modellen onderzocht. Hieruit blijkt dat door toediening van GQDs de (ophopingen van) eiwitten die de ziekte van Parkinson veroorzaken worden afgebroken. Het beste resultaat is in het beginstadium van de ziekte, maar ook in een verder stadium worden eiwitophopingen afgebroken. Het onderzoek is hoopgevend, ook omdat er geen noemenswaardige bijwerkingen van GQDs zijn gevonden.

Bij de ziekte van Parkinson sterven zenuwcellen in het centraal zenuwstelsel langzaam af. Dit leidt tot verstoring in het bewegen en soms ook tot een depressie of dementie. In de afstervende cellen worden ophopingen van onoplosbare fibrillen^[1] van alfa-synucleïne-eiwitten (α-syn) gevonden. Tot nu toe is er geen effectief middel bekend dat deze fibrilophopingen kan voorkomen of oplossen.

Een team van Amerikaanse en Koreaanse onderzoekers heeft ontdekt dat grafeen quantum dots (GQDs) niet alleen de vorming van onoplosbare fibrillen van α-syn kan voorkomen, maar ook bestaande ophopingen kan afbreken. Ze laten zien dat negatief geladen GQDs sterk binden aan het positief geladen eiwit α-syn. Hiermee wordt voorkomen dat het eiwit zich opvouwt tot onoplosbare fibrillen. Omdat een GQD ook zeer waterafstotend is en de neiging heeft moleculen af te stoten, is het in staat om bestaande fibrillen uit elkaar te trekken. Deze werking is uitgezocht door de interactie tussen de eiwitten in fibrillen en de GQDs met de computer te simuleren. De GQD zijn gemaakt door koolstofbuisjes te incuberen met zwavelzuur en salpeterzuur waardoor tweedimensionale koolstofvelletjes met een dikte van 1 tot 2,5 nanometer ontstaan die fluorescerende eigenschappen hebben.

De werking van GQDs is in verschillende celmodellen onderzocht. Als α-syn-fibrillen aan zenuwcellen worden toegevoegd, maken deze cellen minder eiwitten aan die betrokken zijn bij signaaloverdracht tussen zenuwcellen, gaan de energiefabrieken (mitochondriën) van de cel kapot en gaan ze uiteindelijk dood. Bij gelijktijdige toediening van GQDs met de α-syn-fibrillen wordt dit voorkomen. Ook als de GQDs pas 3 dagen na het toedienen van α-syn-fibrillen worden toegevoegd, heeft het nog gunstige effecten; dit is maar iets minder dan bij gelijktijdige toediening. Toediening van alleen GQDs had geen noemenswaardige schadelijke effecten in de celmodellen.

De GQDs bleken ook gemakkelijk over een bloed-hersenbarrière te komen die nagebouwd was in een in-vitrosysteem. Na 24 uur waren alle GQDs van de bloedzijde aan de zenuwcelzijde terecht gekomen. Dit was gemakkelijk te meten door de fluorescente eigenschappen van de GQDs. Ook in de muis kwamen GQDs over de bloed-hersenbarrière in het gehele centraal zenuwstelsel terecht. Muizen die α-syn-fibrillen in de hersenen krijgen geïnjecteerd, ontwikkelen in de 6 maanden daarna Parkinson-achtige verschijnselen. Door om de twee weken vanaf de start vanaf de α-syn-fibrilleninjectie ook GQDs toe te dienen, werd verbetering in de activiteit van de muizen waargenomen. Zo gebruikten ze beide voorpoten evenveel en konden ze beter klimmen. Ook werd er minder verlies van dopaminerge zenuwcellen in de hersenen gezien. Ook in genetisch veranderde muizen die het foutieve humane α-syn in hun hersenen hebben^[2], bleek toediening van GQDs te leiden tot verbeteringen van hun activiteit. Na 6 maanden herhaaldelijke toediening in de muizen werd geen verlies van dopaminerge zenuwcellen, abnormale gedragsveranderingen of orgaanschade gezien.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu  /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie -overweging: Bovenstaand onderzoek laat een veelbelovende toepassing zien van GQDs in de behandeling van Parkinson. Omdat de meest spectaculaire effecten worden gezien bij gelijktijdige toediening van het Parkinson veroorzakende α-syn-fibrillen en de GQDs, is wellicht de beste toepassing in de vroege behandeling van Parkinson. Maar ook wordt er verbetering gezien bij al bestaande ophopingen van het α-syn-fibrillen en de daarmee samenhangende verstoorde celprocessen en gedragsveranderingen in muizen. Omdat in de toegepaste celmodellen en muismodellen geen noemenswaardige bijwerkingen worden gevonden, lijken GQDs een gunstig veiligheidsprofiel te hebben. Dit in tegenstelling tot grafeenoxides op nanometerschaal (nano-GO) en gereduceerde GQDs. De onderzoekers laten in deze studie ook zien dat deze materialen meer schade geven in cellen dan GQDs.

[1]   Een kenmerk van de ziekte van Parkinson is dat alfa-synucleïne eiwitten samenklonteren en vervolgens onoplosbare structuren vormen die fibrillen worden genoemd

[2]   Transgeen muismodel waarin een stuk menselijk DNA deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid) deoxyribonucleic acid  deoxyribonucleic acid  is toegevoegd met een bekende mutatie in α-synucleïne wat leidt tot eiwitophoping en de ziekte van Parkinson.

Zeepachtige stoffen worden als stabilisator aan dispersies van nanodeeltjes toegevoegd om schifting te voorkomen. Het toevoegen van deze stoffen wordt in consumentenproducten als zonnebrandcrème toegepast. Naar mogelijke schadelijkheid is echter nauwelijks onderzoek gedaan. Uit recent onderzoek blijkt een combinatie van zeepachtige stof en nanogouddeeltjes schadelijker te zijn dan de afzonderlijke bestanddelen. Onderzoek naar de synergetische effecten van nanodeeltjes en stabilisatoren is nodig om veilige toepassingen te maken.

Dispersies^[1] van nanodeeltjes in water zijn vaak niet stabiel, wat betekent dat de deeltjes niet in oplossing blijven en naar de bodem zakken. Hoewel het dan niet om deeltjes gaat, is dit effect in de keuken wel eens zichtbaar in de vorm van zelfgemaakte mayonaise (een dispersie van olie in water) die na enige tijd gaat schiften. Dit probleem wordt vaak opgelost door zogeheten stabilisatoren aan de deeltjes (of aan de mayonaise) toe te voegen. In het geval van nanodeeltjes binden deze zeepachtige stoffen zich aan de nanodeeltjes. Hiermee veranderen ze de eigenschappen van de deeltjes in positieve zin: de nanodeeltjes worden hierdoor namelijk geschikt om in allerlei toepassingen te worden verwerkt. Als voorbeeld van een dergelijke toepassing kan gedacht worden aan nanodeeltjes die samen met huidverzorgende en zeepachtige stoffen aan zonnebrandcrème worden toegevoegd om te zorgen voor een goed smeerbare crème die geen witte waas geeft na uitsmeren op de huid.
Stabilisatie van nanodeeltjes wordt op grote schaal toegepast. Tot op heden is er echter weinig aandacht geweest voor de schadelijkheid van gestabiliseerde nanodeeltjes. Onderzoekers uit Oregon (VS Verenigde Staten (Verenigde Staten))

De onderzoekers ontdekten dat zowel de gouddeeltjes als de zeepachtige stoffen op zichzelf nauwelijks schadelijk waren voor zebravisembryo's. De combinatie van gouddeeltjes en zeepachtige stoffen leidde daarentegen tot sterfte van zebravisembryos De mate waarin de schadelijkheid werd verhoogd hing af van de gebruikte zeepachtige stof en van de concentratieverhouding tussen de gouddeeltjes en de zeepachtige stof. Dit laatste biedt de mogelijkheid om een dusdanige ratio van gouddeeltjes versus stabilisator te kiezen dat deze combinatie zo min mogelijk schadelijk is zonder dat er verlies van functionaliteit van de gouddeeltjes optreedt.

RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu  /KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie) kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie -overweging: De studie laat zien dat de combinatie van nanodeeltjes en zeepachtige stoffen die regelmatig gebruikt worden om de deeltjes in oplossing te houden schadelijker is dan de afzonderlijke componenten, tenminste voor nanogoud. Dit is een reden voor zorg. De zorg kan voor een deel worden weggenomen door te zorgen dat de verhouding nanodeeltje versus zeepachtige stof zo weinig mogelijk schadelijk is. Desalniettemin geven de resultaten van deze studie duidelijk aan dat meer aandacht nodig is van risicobeoordelaars voor het fenomeen van zogenaamde synergetische effecten^[2] van nanodeeltjes en stabilisatoren.

De auteurs signaleren alleen dat er sprake is van extra schadelijkheid als je zebravisembryos blootstelt aan de gouddeeltjes en de zeepachtige stoffen samen. Het is niet verder uitgezocht in dit onderzoek waarom dat zo is. Het zou kunnen dat de gouddeeltjes via de zeepachtige stoffen door celmembranen kunnen glippen en zo het zebravisembryo binnen dringen.

Inmiddels zijn vergelijkbare waarnemingen gedaan voor de combinatie van metalen (cadmium en goud) met nanoplastics (polystyreen). De resultaten van deze onderzoeken zijn nog niet beschikbaar, maar tonen wel aan dat synergetische effecten van nanodeeltjes en andere stoffen zoals metalen of zeepachtige stoffen, een reden tot zorg zijn. Er is geen regulering die het testen van synergie tussen stoffen verplicht. In REACH Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of Chemicals (Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of Chemicals ) worden bijvoorbeeld alleen individuele stoffen getest.

[1]   Een dispersie is een mengsel waarbij een stof verdeeld is in een andere stof. Het verschil tussen een dispersie en een oplossing is dat een oplossing een homogeen mengsel is, waarbij elk molecuul van de opgeloste stof omringd is door het oplosmiddel. In een dispersie is dat niet noodzakelijkerwijs het geval.

[2]   Synergisme in de context van schadelijkheid van chemische stoffen houdt in dat bij samenvoeging van de stoffen het schadelijke effect groter is dan de som van het schadelijke effect van elk van de afzonderlijke stoffen (1+1=3).